Question

【題目】某鉻鐵礦主要成分是FeO·Cr2O3，含有FeCO3、SiO2、Fe3O4等雜質(zhì)，現(xiàn)由該鉻鐵礦制備強(qiáng)氧化劑Na2Cr2O7的流程如下：

已知：常溫下，Ksp[Fe(OH)3]=1.0×10-38，Ksp[Cr(OH)3]=6.3×10-30

回答下列問(wèn)題：

（1）物質(zhì)B為______________，溶液E為____________________。

（2）溶液G中經(jīng)檢測(cè)不含H2O2的可能原因是________________________________________。

（3）若步驟Ⅵ調(diào)節(jié)pH后，c(Cr3+)=6.3mol/L，則pH范圍是______________（離子濃度不大于1.0×10-5mol/L即可認(rèn)為沉淀完全）。

（4）步驟Ⅶ發(fā)生的離子方程式為________________________________________。

（5）Na2Cr2O7和Na2SO4的溶解度隨溫度變化的曲線如下圖所示，步驟Ⅷ中操作a為___________、__________________。

（6）若稱取mg該鉻鐵礦，其中FeO·Cr2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%，最終制得ng Na2Cr2O7固體，則該過(guò)程中Cr元素的轉(zhuǎn)化率為____________________________。

Answer 1

【答案】 Fe3O4 NaHCO3 過(guò)量的H2O2，被Fe3+催化分解 3≤pH＜4 7H2O+3S2O32-+2Cr3+=6SO42-+Cr2O72-+14H+ 加熱濃縮 趁熱過(guò)濾 ×100%

【解析】分析：注意天然Fe3O4是一種反式尖晶石結(jié)構(gòu)，晶體結(jié)構(gòu)為六方晶系的永久磁石（硬磁體），結(jié)構(gòu)牢固，很難與酸反應(yīng)。由已知鉻鐵礦主要成分結(jié)合流程可得，鉻鐵礦粉酸浸后，所得溶液F中陽(yáng)離子主要為：Fe2+和Cr3+，固體A為難溶的SiO2、Fe3O4等雜質(zhì)；SiO2與NaOH溶液反應(yīng)生成硅酸鈉，硅酸鈉與足量CO2反應(yīng)生成碳酸氫鈉和硅酸；溶液F中的Fe2+被H2O2氧化成Fe3+，通過(guò)調(diào)節(jié)pH除去Fe3+；Cr2(SO4)3溶液（H）與Na2S2O8溶液反應(yīng)得到Na2Cr2O7和Na2SO4的混合溶液，最后經(jīng)過(guò)一系列操作得到固體。

詳解：（1）物質(zhì)B具有磁性，結(jié)合鉻鐵礦的成分及流程可得，B為Fe3O4；溶液C為硅酸鈉溶液，因?yàn)橥ㄈ胱懔?/span>CO2，所以生成E為NaHCO3。

（2）H2O2在催化劑作用下容易分解為水和氧氣，因?yàn)槿芤?/span>F中的Fe2+被H2O2氧化成Fe3+，而Fe3+可以作為H2O2分解的催化劑，所以溶液G中不含H2O2。

（3）步驟Ⅵ調(diào)節(jié)pH的目的是除去Fe3+，留下Cr3+，因?yàn)殡x子濃度不大于1.0×10-5mol/L即可認(rèn)為沉淀完全，根據(jù)常溫下，Ksp[Fe(OH)3]=1.0×10-38，F(xiàn)e3+剛好沉淀完全時(shí)：c(Fe3+)c3(OH-)=Ksp[Fe(OH)3]，即1.0×10-5×c3(OH-)=1.0×10-38，解得：c(OH-)=10-11，所以c(H+)=Kw/10-11=10-3，則pH=3；根據(jù)常溫下，Ksp[Cr(OH)3]=6.3×10-30，調(diào)節(jié)pH后，c(Cr3+)=6.3mol/L，Cr3+剛開(kāi)始沉淀時(shí)：c(Cr3+)c3(OH-)=Ksp[Cr(OH)3]，即6.3×c3(OH-)=6.3×10-30，解得：c(OH-)=10-10，所以c(H+)=Kw/10-10=10-4，則pH=4，綜上分析，步驟Ⅵ調(diào)節(jié)pH范圍是：3≤pH＜4。

（4）步驟Ⅶ中，Cr3+和S2O32-發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Cr2O72-和SO42-，根據(jù)電子守恒、原子守恒及電荷守恒，離子方程式為：7H2O+3S2O32-+2Cr3+=6SO42-+Cr2O72-+14H+。

（5）步驟Ⅷ中，從Na2Cr2O7和Na2SO4的混合液中得到Na2SO4固體，由圖可知，溫度升高有利于硫酸鈉結(jié)晶析出，而Na2Cr2O7的溶解度增大不會(huì)析出，所以操作a可以是：加熱濃縮、趁熱過(guò)濾。

（6）mg鉻鐵礦中Cr元素的質(zhì)量為：=，最終制得n g Na2Cr2O7中Cr元素的質(zhì)量為：=，所以Cr元素的轉(zhuǎn)化率為：÷（）×100%=×100%。